본 논문은 최단 경로 라우팅 문제의 해결을 위한 새로운 방식의 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 제안한다. 이를 위해 가변길이(variable-length) 염색체(chromosome) 구조와 그에 따른 유전자 부호화(genes coding) 기법을 설계하고, 부분 염색체(partial-chromosome)를 교환하는데 있어서 교차점(crossing-site)에 의존성이 없는 교배(crossover) 기법과 개체군(population)의 다양성(diversity)을 유지하는 돌연변이(mutation) 기법을 개발한다. 또한, 모든 부적합(infeasible) 염색체를 간단하게 치료할 수 있는 복구 함수(repair function)를 제안한다. 제안 교배 기법과 돌연변이 기법의 상호 동작은 제안 알고리즘이 개체군의 다양성을 유지하면서 해-표면(solution-surface)을 효과적으로 탐색할 수 있도록 하여 해의 최적성(optimality) 및 수렴(convergence) 속도의 향상을 도모한다. 제안 알고리즘에 의해 계산된 경로의 최적성은 유전자 알고리즘을 이용하는 기존의 알고리즘보다 우수하고, 수렴 속도도 빠르다는 것을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인한다. 이 결과는 대부분의 출발지와 도착지 쌍에 대해 기존의 유전자 알고리즘 기반의 최단 경로 라우팅 알고리즘에 비해 네트워크 토폴로지에 비교적 덜 민감한 것으로 나타난다.
This paper presents a genetic algorithmic approach to shortest path (SP) routing problem. Variable-length chromosomes (strings) and their genes (parameters) have been used for encoding the problem. The crossover operation that exchanges partial chromosomes (partial-routes) at positionally independent crossing sites and the mutation operation maintain the genetic diversity of the population. The proposed algorithm can cure all the infeasible chromosomes with a simple repair function. Crossover and mutation together provide a search capability that results in improved quality of solution and enhanced rate of convergence. Computer simulations show that the proposed algorithm exhibits a much better quality of solution (route optimality) and a much higher rate of convergence than other algorithms. The results are relatively independent of problem types (network sizes and topologies) for almost all source-destination pairs.
